土體裂隙對防滲土工膜膜下氣場的影響分析

朱輝，程玉亮，王明輝

（1.遼寧省農(nóng)村水利建設(shè)管理局，遼寧沈陽110003；2.遼寧省西豐縣水務(wù)局，遼寧鐵嶺112400）

土體裂隙對防滲土工膜膜下氣場的影響分析

朱輝1，程玉亮1，王明輝2

（1.遼寧省農(nóng)村水利建設(shè)管理局，遼寧沈陽110003；2.遼寧省西豐縣水務(wù)局，遼寧鐵嶺112400）

采用室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)M現(xiàn)場實(shí)際，主要分析膜下土體裂隙發(fā)育程度對平原水庫土工膜防滲膜下氣場的影響，根據(jù)分析結(jié)果，對平原水庫土工膜防滲排氣方案提出合理性建議。結(jié)果表明：裂隙發(fā)育程度對膜下氣場有明顯影響。

裂隙；防滲土工膜；膜下氣場影響；土體

平原水庫施工期在干旱季節(jié)，地下水位較深，庫區(qū)土體為非飽和土，轉(zhuǎn)為雨季，地下水位上升，水壓力擠壓非飽和土中的氣體，氣體被水壓力擠壓至土體表面，受土工膜封閉，形成了庫區(qū)膜下氣場。膜下氣場表現(xiàn)為氣泡，具有一定壓力。庫區(qū)內(nèi)膜下氣場可以將土工膜托起，甚至頂破，造成防滲失敗，因此研究平原水庫土工膜防滲膜下氣場的影響因素具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。主要研究膜下土體裂隙發(fā)育程度對防滲土工膜膜下氣場的影響，在此基礎(chǔ)上，對平原水庫土工膜防滲排氣方案提出建議。

1 試驗(yàn)方案及膜下氣場評價(jià)指標(biāo)介紹

1.1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)裝置如圖1所示，主要由土柱、供水裝置、測量裝置和土工膜封閉系統(tǒng)組成。土柱桶由厚5 mm有機(jī)玻璃筒制成，其底面均勻分布15個(gè)2 mm小孔，在水壓力作用下，水從小孔入滲至土柱內(nèi)，擠壓土柱內(nèi)氣體，氣體被擠壓至土體表面，形成膜下氣場。測量系統(tǒng)采用排水取氣法測量氣體體積，測量氣泡壓力時(shí)將集氣瓶換成U型壓力計(jì)。

1.2 試驗(yàn)方案

裂隙度定義為單位面積上的裂隙面積。實(shí)驗(yàn)土體含水率為13%，干密度為1.4 g/cm3，裂隙度分別為0，0.035%，0.07%，0.14%，0.28%。

圖1 室內(nèi)試驗(yàn)裝置示意圖

1.3 膜下氣場評價(jià)指標(biāo)

1）膜下氣泡特性。采用膜下氣泡的特征（包括膜下氣泡產(chǎn)生速率、氣泡體積）作為指標(biāo)來評價(jià)膜下氣場。

2）膜下氣泡氣壓。主要通過膜下氣壓增加的速率及最終氣壓大小，評價(jià)膜下土體裂隙發(fā)育程度對膜下氣場的影響。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 裂隙發(fā)育程度的影響分析

根據(jù)圖2可以得出裂隙度對氣泡產(chǎn)生過程和氣壓增加過程影響明顯。當(dāng)裂隙度小于0.07%時(shí)，在相同試驗(yàn)條件下，同時(shí)一時(shí)間，裂隙度越大，氣泡體積和氣泡氣壓越大，并在裂隙度為0.07%出現(xiàn)極值。當(dāng)裂隙度超過0.07%時(shí)，氣泡時(shí)程曲線基本重合，表明裂隙度的繼續(xù)增大對氣泡產(chǎn)生過程影響較小。產(chǎn)生此種現(xiàn)象原因：首先引入浸潤面的概念，即土體水開始浸潤土體的平面，裂隙將土體分

圖2 不同裂隙度條件下氣場評價(jià)指標(biāo)隨時(shí)間變化曲線

成兩部分，中間作為浸潤面，當(dāng)裂隙度較小時(shí)，裂隙度的增大可以增加土體水有效入滲系數(shù)，相同時(shí)間，將會有更多的水入滲到土體，驅(qū)趕更多的氣體至土體表面。當(dāng)裂隙度大于0.07%時(shí)，浸潤面浸水能力不變，結(jié)果是裂隙度的繼續(xù)增大不會帶來土體水有效入滲系數(shù)的繼續(xù)增大，那么土體水驅(qū)趕氣體的速率也不會增大。試驗(yàn)結(jié)果：當(dāng)裂隙度大于0.07%時(shí)，氣泡時(shí)程曲線基本重合。

3 結(jié)語

膜下土體裂隙度對膜下氣場的影響：膜下土體裂隙度對膜下氣場影響明顯，在裂隙度小于0.07%時(shí)，膜下氣場隨著裂隙度的增加而增大；當(dāng)裂隙度大于0.07%時(shí)，膜下氣場不在隨著裂隙的增大而變化。

非飽和土體存在不同程度的裂隙，而裂隙對膜下氣場的影響很大，因此建議對膜下裂隙土體進(jìn)行碾壓、灌漿等處理，減小裂隙程度，同時(shí)增加裂隙處排氣通道密度，減小膜下氣壓。

［1］袁俊平，殷宗澤．膨脹土裂隙的量化指標(biāo)與強(qiáng)度性質(zhì)研究［J］.水利學(xué)報(bào)，2004（6）：108-112.

［2］宋克強(qiáng)，姚建文.考慮土內(nèi)氣壓勢的下滲水流數(shù)值模擬［J］.水利學(xué)報(bào)，1996（11）：57-58.

TQ320

B

1002－0624（2017）06－0055－01

2016-12-09